(57)【要約】【課題】光のオン／オフを任意に制御することができる高効率の光スイッチを実現する。【解決手段】本発明では、電気光学材料１３と該電気光学材料に電圧を印加する電極１５ａ，１５ｂと、それらを保持する基板１１からなるキャビティー型の光スイッチ１０において、電気光学材料１３に光が入斜する入射面（ミラー面）１２の法線方向（Ｚ方向）と、電気光学材料１３への電圧の印加方向（Ｘ方向）とが略垂直であり、入射面（ミラー面）１２と基板１１とのそれぞれの法線方向（Ｚ方向）が略平行であることを特徴としており、基板と電気光学材料のミラー面（光学研磨面）が平行であれば、ミラー面に誘電体多層膜のような精密な成膜が可能となる。このため電気光学材料１３の入射面に誘電体多層膜を形成することができ、光吸収の非常に少ないミラー面を形成することができるので、高効率の光スイッチを実現することができる。【選択図】図１
2007033674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学材料と該電気光学材料に電圧を印加する電極と、それらを保持する基板からなるキャビティー型の光スイッチにおいて、
前記電気光学材料に光が入斜する入射面の法線方向と、前記電気光学材料への電圧の印加方向とが略垂直であり、前記入射面と前記基板とのそれぞれの法線方向が略平行であることを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
請求項１記載の光スイッチにおいて、
前記電気光学材料の入射面に誘電体多層膜が形成されていることを特徴とする光スイッチ。
【請求項３】
請求項１または２記載の光スイッチにおいて、
前記電気光学材料をＰＬＺＴ（Ｐｂ（１−ｘ）ＬａｘＺｒｙＴｉ（１−ｙ）Ｏ３）としたことを特徴とする光スイッチ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の光スイッチを製造する光スイッチの製造方法において、
基板上に電気光学材料を貼り付ける工程と、電気光学材料を貼り付けた基板上にレジストを塗布する工程と、電極を付ける面を切削加工する工程と、前記電極をスパッタによって成膜する工程と、前記レジストを溶かすリフトオフを行なう工程とを有することを特徴とする光スイッチの製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の光スイッチと、集光光学系を有することを特徴とする光スイッチシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクターやプリンター、光通信などの光をスイッチングする装置に応用される光スイッチに関し、特に光のＯＮ／ＯＦＦ比を増大させる光スイッチ、もしくは、光のＯＮ／ＯＦＦを任意に制御することができる光スイッチと、その光スイッチを用いた光スイッチシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザースキャン型のプロジェクターやプリンタ、それに類する光学系を含む装置において、光スイッチは重要な部品である。一般的には半導体レーザーの直接変調を利用してきたが、緑や青といった波長のレーザーにはＳＨＧ（第２高調波）が使われ、そのため外部変調器が必要とされていた。そこで従来はＡＯＭやＰＬＺＴの偏光を利用した光シャッターなどの外部変調器を用いていた。ＡＯＭは弾性波を利用して回折格子を作り、光を回折することでスイッチングを行なう。しかし、弾性を発生させる素子が発熱することから、大きな冷却装置が必要とされ、非常にコストの高い部品であった。また、ＰＬＺＴを用いたシャッターでは、光がＰＬＺＴで偏光することを利用してスイッチングを行なう。しかし、この光シャッターでは、偏光を利用することで光の利用効率が５０％となる他、光吸収があるなどの課題が多い。
【０００３】
一方、液晶を誘電体多層膜に挟んだ構造の光キャビティー型スイッチが研究されている（例えば、非特許文献１参照）。誘電体多層膜は屈折率の異なる誘電体を周期的に積層したものであり、例えばＳｉＯ２とＴｉＯ２などの屈折率差が大きいペアが利用されている。この誘電体多層膜の厚みをコントロールすることで、任意の波長の光を反射する反射膜として機能する。また、この誘電体多層膜の間にキャビティー層として、周期性を乱す層を入れることで、任意の波長だけを透過するフィルターとしての機能を有する。これはバンドパスフィルターなどとして通信分野で利用されている。このキャビティー層として液晶を用い、電圧印加によって、光学的な厚みをコントロールすることが研究されている。しかし、液晶でのスイッチングでは、駆動速度が５０μsec程度であり、十分な応答速度が得られないなどの課題が残る。
【０００４】
誘電体多層膜に電気光学材料を挟みこんだ形態の波長可変バンドパスフィルターを開発しているものもある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。この波長可変バンドパスフィルターは入射光の波長選択を行うデバイスであり、変調器の機能は有していない。従って、この波長可変バンドパスフィルターは様々な波長の入射光を振り分けるルーターの役割をする。そのため、入射光の波長は通信のシステムで決められ、バンドパスフィルターからの制限をかけることは行なえない。
【０００５】
また、ほぼ同じ形態で、誘電体多層膜の間に半導体を挟んだ系が有る（例えば、特許文献３参照）。半導体の場合には、高速に反応ができることや薄膜などが精度よく作製できるといったメリットがある。しかし、半導体では、入射光の波長に自由度が無く、誘電体多層膜部分を半導体によって作製しなくては、キャビティー層が作製できないという問題がある。また、半導体での周期構造では屈折率差が取れないことから、シャープな透過率スペクトルが作れないなどの問題がある。
【０００６】
一方、電気光学材料を用いていないパッシブ型のバンドパスフィルターでは、入射角を制御して、透過スペクトルを制御する方法が行われている（例えば、特許文献４参照）。この方法はアクティブに入射角を制御する方法であるが、反応時間が遅く、これを利用して光スイッチとすることは困難である。
【０００７】
また、波長多重光信号から任意の１波長の光信号を選択する波長可変フィルタとして用いることができるファブリペロー型光導波路フィルタが提案されている（例えば、特許文献５参照）。この従来技術では、図８に示すように、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）からなる電気光学結晶基板１に形成した光導波路２の両端面に高反射率ミラー３を設けるとともに、光導波路２の両脇に電極４を配置したファブリペロー型光導波路フィルタにおいて、光導波路形成状パラメータｄｘ１、２・ｄｙ１を、単一導波モード領域内であって、カットオフ領域及びマルチモード領域から離れた領域に設定してあることを特徴としている。
【０００８】
図８に示すような構成のファブリペロー型光導波路フィルタを光スイッチとして利用する場合、光の入射面は基板に対し垂直方向になっている。これは光導波路２を作製する際に、基板表面からＴｉなどの拡散を行なうため、Ｔｉ拡散面と基板面とが平行になり、光の入射面と基板面とは垂直になるレイアウトとなっている。しかし、このレイアウトではミラーとなる入射面を平滑にする光学研磨ができない。光学研磨されていないミラー面は平坦性が十分でなく、共振器としての機能が低い。一般的には、共振器長に対し、数％オーダーの平坦性が必要である。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−２０７７５３号公報
【特許文献２】特許第３４９３０１９号公報（特開２００３−２３３０４６号公報）
【特許文献３】特開平７−６４２７７号公報
【特許文献４】特開２０００−１４７２４７号公報
【特許文献５】特開２００１−５６４５４号公報
【非特許文献１】Ryotaro Ozaki, Masanori Ozaki and Yoshino Katumi;J.J.A.P. 42（2003）L669
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述のキャビティー型の光スイッチは、下記の式１の透過スペクトルと、下記の式２の屈折率変化で特性を計算でき、スイッチング特性は式１の透過スペクトルに大きく影響する。例えば、共振器の屈折率ｎ＝２．５、共振器長が１０μｍ、ミラー面の反射率を５０％とした場合、フリースペクトルレンジ（スペクトル上でのピークからピークまでの波長）が４．２ｎｍ、ピークの全半値幅は１．０ｎｍとなる。このときに、キャビティーの平坦性はキャビティーの厚さｄに影響し、その誤差が数十ｎｍ以下でないとピーク全半値幅が十ｎｍ近くに広がるとともに、ピークとディップの差が小さくなり、効率の良いスイッチングが難しくなる。
【００１１】
［式１］
Ｉ＝Ｉ０／{1+[4Ｒ/(1−Ｒ)２]sin２[(2πｎｄ)/λ]cosθ}
Ｉ０：入射光量
Ｉ：透過光量
Ｒ：キャビティーを挟むミラーの反射率
ｎ：キャビティーの屈折率
ｄ：キャビティーの厚さ
θ：伝播角
【００１２】
［式２］
ｎ(Ｅ)＝ｎ０−１／２×Ｒ３×Ｅ２
Ｅ：印加電界（電極面に対し垂直な方向）
ｎ０：電気光学材料の屈折率（Ｅ＝０の場合）
Ｒ３：２次の電気光学定数（電界方向の屈折率変化）
【００１３】
さらにキャビティー型の光スイッチでは、入射面、出射面ともにミラー面である必要がある。また、図８に示すような従来の光導波路型では、入射面が基板と垂直であり、メタルなどの反射膜をスパッタなどで成膜することが難しい。また、成膜ができたとしても、その膜厚の精度や表面のラフネスなどに課題が残る。
そこで、入射面を基板面に平行とすることができれば、蒸着などの一般的な成膜方法が利用でき、その膜厚精度も良好なものができる。しかし、一般的な金属などの反射膜では光の吸収があり、高効率の光スイッチとすることができない。このため光の吸収がないミラー面を形成する必要がある。
【００１４】
近年、数１００Ｖの電圧を高速な数ＭＨｚで駆動できるパワーＭＯＳＦＥＴがある。本発明に係るキャビティー型の光スイッチを駆動するには、電極間距離が数１００μｍ程度にならないと、数１００Ｖでの駆動は難しい。そこで、電極間距離をより小さくし、電極間距離とキャビティーの厚さを数十μｍ程度にすれば、一般的なシリコン（Ｓｉ）基板で形成された半導体のトランジスタで制御可能な数十Ｖ程度の低い電圧での光スイッチングが可能となる。
【００１５】
また、入射光源として、そのスペクトル線幅を０．１ｎｍにするような、特殊な構成のレーザーダイオードなどもあるが、通信などの特殊用途に限られ、プロジェクターやプリンタなどの一般的用途には、コスト面的にも利用できない。コスト面を考えると、光ディスクシステムに利用されるような簡便な構成のレーザーダイオードを利用することとなる。しかし、そのようなレーザーダイオードの発光スペクトルの全半値幅は１ｎｍ程度である。これを利用するために、光スイッチの要件として、数ｎｍ程度のスペクトル全半値幅を持ったファブリペロー共振器にする必要があり、これにはキャビティー長を１０μｍ程度にする必要がある。このように電極間、キャビティー長をそれぞれ１０μｍとした場合には、利用可能な作製方法を考えなければならない。
【００１６】
光スイッチに使用される電気光学材料としては、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）が一般的に利用されている。しかし、ＬｉＮｂＯ３は電気光学定数が小さい。また、最大の屈折率変化量も十分ではない。また、有機材料を利用した電気光学材料も良く知られているが、光学研磨や切削に耐えうるような硬い材料が必要である。
【００１７】
また、電圧を印加する方向において、電極間距離を小さくすることで、光のスイッチングが起きる電圧を低減することができる。しかし、電極間距離を小さくすると、透過できる光量が低減し、全入射光量におけるＯＮ／ＯＦＦ比が低下する。このため低い電圧でスイッチングし、高いＯＮ／ＯＦＦ制御を行なえる、効率の良いスイッチング素子が望まれる。
【００１８】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、光のＯＮ／ＯＦＦを任意に制御することができる、高効率のキャビティー型光スイッチと、その製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、その光スイッチを用いた光スイッチシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するため、本発明では以下のような技術的手段を採っている。
本発明の第１の手段では、電気光学材料と該電気光学材料に電圧を印加する電極と、それらを保持する基板からなるキャビティー型の光スイッチにおいて、前記電気光学材料に光が入斜する入射面の法線方向と、前記電気光学材料への電圧の印加方向とが略垂直であり、前記入射面と前記基板とのそれぞれの法線方向が略平行であることを特徴とする（請求項１）。
また、本発明の第２の手段では、第１の手段の光スイッチにおいて、前記電気光学材料の入射面に誘電体多層膜が形成されていることを特徴とする（請求項２）。
さらに本発明の第３の手段では、第１または第２の手段の光スイッチにおいて、前記電気光学材料をＰＬＺＴ（Ｐｂ（１−ｘ）ＬａｘＺｒｙＴｉ（１−ｙ）Ｏ３）としたことを特徴とする（請求項３）。
【００２０】
本発明の第４の手段では、第１乃至第３のいずれか一つの手段の光スイッチを製造する光スイッチの製造方法において、基板上に電気光学材料を貼り付ける工程と、電気光学材料を貼り付けた基板上にレジストを塗布する工程と、電極を付ける面を切削加工する工程と、前記電極をスパッタによって成膜する工程と、前記レジストを溶かすリフトオフを行なう工程とを有することを特徴とする（請求項４）。
【００２１】
本発明の第５の手段は、光スイッチシステムであって、第１乃至第３のいずれか一つの手段の光スイッチと、集光光学系を有することを特徴とする（請求項５）。
【発明の効果】
【００２２】
光スイチを構成する電気光学材料に光学研磨を行なうためには、電気光学材料を固定するために基板を研磨面と平行にする必要がある。特に、導光路がシングルモードなどと言う小さな領域である場合には、研磨する際の固定する方法がなく、研磨面と基板は平行にする必要がある。そこで本発明の第１の手段では、電気光学材料と該電気光学材料に電圧を印加する電極と、それらを保持する基板からなるキャビティー型の光スイッチにおいて、前記電気光学材料に光が入斜する入射面の法線方向と、前記電気光学材料への電圧の印加方向とが略垂直であり、前記入射面と前記基板とのそれぞれの法線方向が略平行であることを特徴としており、基板と電気光学材料の光学研磨面（ミラー面）が平行であれば、ミラー面に誘電体多層膜のような精密な成膜が可能となる。そのため、高い反射率を取ることができ、ファブリペロー共振器としての機能が向上する。
【００２３】
本発明の第１の手段の光スイッチの構成とすることで、一般的な成膜方法が利用できる。このため、第２の手段の構成のように、電気光学材料の入射面（ミラー面）に誘電体多層膜を形成することができ、ミラー面を高い面精度を要求する誘電体多層膜にすることが可能である。また、ミラー面を誘電体多層膜にすることで、光吸収の非常に少ないミラー面を形成することができ、高効率のキャビティー型光スイッチを実現することができる。
【００２４】
本発明の第３の手段では、第１または第２の手段の光スイッチにおいて、前記電気光学材料としてＰＬＺＴを用いることを特徴としており、組成が９／３５／６５のＰＬＺＴの電気光学定数は９×１０−１６［ｍ２／Ｖ２］程度であり、他の電気光学材料より遥かに大きい。また、ＰＬＺＴはセラミックスであり、研磨や切削による加工が容易で高い精度の加工が可能となる。
【００２５】
本発明の第４の手段では、第１乃至第３のいずれか一つの手段の光スイッチを製造する光スイッチの製造方法において、基板上に電気光学材料を貼り付ける工程と、電気光学材料を貼り付けた基板上にレジストを塗布する工程と、電極を付ける面を切削加工する工程と、前記電極をスパッタによって成膜する工程と、前記レジストを溶かすリフトオフを行なう工程とを有することを特徴としており、切削によって削られた部分にはレジストが残っていないため、その部分にのみ電極を残すことをリフトオフ工程によって実現することができる。また、成膜方法として、スパッタを利用することで、電気光学材料の切削した側面にも成膜することが可能となる。
【００２６】
本発明の第５の手段の光スイッチシステムでは、第１乃至第３のいずれか一つの手段の光スイッチと、集光光学系を有することを特徴としており、入射光を集光光学系よって集光し、光スイッチの電界がかかる領域のみに入射するようにすることができるので、入射光の全光量に対し、ＯＮ／ＯＦＦのスイッチングを行なうことが可能になる。また、入射光を集光することで、入射される領域を小さくすることができるため、電極間距離を小さくすることができる。また、電極間距離を小さくすることにより、印加電圧の小さいスイッチングが可能となる。これによりＯＮ／ＯＦＦ比（消光比）が大きくスイッチング電圧が小さい、効率のよい光スイッチシステムを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例】
【００２８】
［実施例１］
＜構成＞
図１は本発明の第１の実施例を示す光スイッチの概略斜視図である。この光スイッチ１０の下方には、入射光として図示しない固体レーザー（例えばレーザーダイオード）による連続光（ＣＷ光）が入射しており、光スイッチ１０よって変調された光が出射光として上方に出射される。出射光の変調は電気光学材料１３の左右の電極１５ａ，１５ｂに印加される電圧により行われ、その左右の電極１５ａ，１５からは配線１６ａ，１６ｂが左右に出されている。この配線１６ａ，１６ｂを介して電気信号が電極１５ａ，１５ｂに入ることによって電気光学材料１３に電圧が印加され、光スイッチ１０が電気信号を光信号へ変換する。
【００２９】
光スイッチ１０は石英基板１１上に形成されており、上下のミラー面１２，１４で挟んだ電気光学材料１３及び側面電極１５ａ，１５ｂからなっている。この構成例では入射面は入射側のミラー面１２であり、このミラー面（入射面）１２の法線方向がｚ方向であり、電圧の印加方向はｘ方向であるため、電気光学材料１３に光が入斜するミラー面（入射面）１２の法線方向（ｚ方向）と電極１５ａ，１５ｂへの電圧の印加方向（ｘ方向）とがほぼ垂直となっている。また、基板１１の法線方向もｚ方向であり、入射面１２の法線方向と平行である。従って、この構成は前述の第１の手段の構成を満足している。
【００３０】
図１の構成の光スイッチ１０に使用する電気光学材料１３としては、電気光学定数が大きいＰＬＺＴ（Ｐｂ（１−ｘ）ＬａｘＺｒｙＴｉ（１−ｙ）Ｏ３）を利用した。この電気光学材料（ＰＬＺＴ）１３の入射面と出射面に形成するミラー面１２，１４としては、それぞれの界面に起こる屈折率差を利用した。すなわち、電気光学材料（ＰＬＺＴ）１３の上面（出射側）のミラー面１４は、電気光学材料（ＰＬＺＴ）１３と空気の界面となり、屈折率はそれぞれ２．５と１となる。また、電気光学材料（ＰＬＺＴ）１３の下面（入射側）のミラー面１２は、電気光学材料（ＰＬＺＴ）１３と樹脂となり、屈折率にして２．５と１．４６とした。これらの屈折率差によって反射が起き、ミラーとしての働きを成し、ファブリペロー共振器の機能が得られる。
【００３１】
電気光学材料（ＰＬＺＴ）１３の膜厚は光路長が入射波長の１／４の偶数倍２Ｎになるようにする。これにより、入射光の波長λipと透過率スペクトルのピーク位置とが一致することになる。整数Ｎは１６４程度として、膜厚は１０μｍ程度とした。電気光学材料（ＰＬＺＴ）１３は、その２次電気光学係数を９×１０−１６［ｍ２／Ｖ２］とし、２０Ｖの電圧印加で、その屈折率変化Ｒ３は約０．００７程度となる。この屈折率変化では、透過率のピーク位置の移動量λmは約０．５ｎｍ程度となる。
【００３２】
＜作製方法＞
次に、図１に示す構成の光スイッチ１０の製造方法を、図２〜図６に示す工程順に説明する。
電気光学材料１３であるＰＬＺＴはその組成を９／３５／６５として、厚さ５００μｍのＰＬＺＴ板として燒結作製される。このＰＬＺＴ板の両面に光学研磨を施す。ＰＬＺＴ板は図示しない研磨冶具に設置して、まず、片面を研磨し、平坦性を高める。この平坦性を高くしておかないと、裏面を研磨して薄くしたときに、ＰＬＺＴ板が反る原因となる。ＰＬＺＴ板の片面に光学研磨を施した後に裏返して、冶具に貼り付け、研磨を行なう。このとき、研磨して残されたＰＬＺＴ板が厚さ約１０μｍになるように測定を行ないながら、徐々に研磨を進める。
【００３３】
この研磨により１０μｍ厚になったＰＬＺＴ板１３を、図２に示すように石英基板１１へ貼り付ける。このときには石英基板１１とほぼ同程度の屈折率の紫外線（ＵＶ）硬化樹脂１７を利用し、樹脂１７の厚さが均一になるようにしてＰＬＺＴ板１３を石英基板１１に貼り付ける。
【００３４】
次にＰＬＺＴ板１３を石英基板１１に貼り付けた状態から、その全面にレジスト１８を塗布する。レジスト１８はスピンコートで約２μｍ程度の厚さにし、８０℃で１時間程度のベークを行なう。このレジスト１８を塗布した上からダイシングによって溝１９を切りこむ。ダイシングはレジンのブレードを利用し、ブレード幅は１００μｍ程度、深さは２０μｍ程度とした。このダイシングによってダイシング溝１９を切りこんだ状態を図３（ａ），（ｂ）に示す。図３（ｂ）の断面図に見られるように、ＰＬＺＴ１３の厚さが約１０μｍなので、ダイシング溝１９は石英基板１１まで切りこむことになる。これによって、ダイシング加工した部分のみレジスト１８が剥がされ、他の部分にはレジスト１８が残されている。
【００３５】
次にこの状態で、図４（ａ），（ｂ）に示すように、電極となる金属薄膜１５を成膜する。成膜装置にはＤＣスパッタを利用し、電圧をできるだけ小さい値として、ダイシング溝１９の側面（ＰＬＺＴ１３の側面）への成膜が進むように工夫する。成膜する金属薄膜１５は一般的に利用されるアルミニウム（Ａｌ）等でも構わない。ＰＬＺＴ１３からの酸化を気にする時には、白金（Ｐｔ）や金（Ａｕ）なども利用できる。今回は一例としてＡｌを利用し、膜厚は５００ｎｍ程度とした。この条件であれば、ダイシングした溝１９の側面にもＡｌの薄膜が成膜していることを光学顕微鏡などで確認できる。
【００３６】
次に、図４のようにレジスト１８の上にＡｌの金属薄膜１５を成膜した状態でリフトオフを行なう。リフトオフはアセトンなどの有機溶剤にサンプルを浸し、超音波をかけることでレジスト１８が溶け出すことを促す。レジスト１８が溶けた部分では、その上に成膜されたＡｌは剥離する。このため、図５（ａ），（ｂ）に示すように、レジスト１８がないダイシング溝１９の部分のみにＡｌ電極１５が残ることになる。また、図５（ｂ）の断面図に見られるように、ＰＬＺＴ１３の上面にはリフトオフによってＡｌ電極１５が剥がされた開口部が形成される。この開口部は左右の電極１５から隔離された絶縁領域となるため、両側の電極１５（図１の左右の１５ａ，１５ｂに相当）に電圧を印加することで、開口部に横方向の電界を印加することができる。
【００３７】
次に図６（ａ），（ｂ）に示すように、ダイシング溝１９の電極１５に接続できるように、パッド２５を形成し、そのパッド２５にワイヤーボンディングで配線１６を行なう。このそれぞれの電極１５にグランド（Grand）と信号用の配線１６を結線させることで、任意に電界をＰＬＺＴ１３に印加することができる。
ここで、図６（ｂ）の断面図に示すように、石英基板１１の下方から入射光として直線偏光にした連続光を入射させ、偏光方向は電界と垂直とすることで、電気光学効果（ＥＯ効果）を受けることになる。
【００３８】
なお、図６の配線を行う前に、ダイシング溝１９の位置で切断し、個々の素子に分離してからパッド２５の形成と配線１６を行うことにより、図１に示す構成の光スイッチ１０が得られる。
【００３９】
＜動作＞
図１に示す構成の光スイッチ１０では、ＰＬＺＴ１３のキャビティーと、Ｐ波に対して、光スイッチ１０の透過スペクトルはほぼ一意に決まる。透過スペクトルは一般的なエタロン構造と同様に或る周期をもった振動したスペクトル形状となる。そのスペクトル形状の周期は約８ｎｍとなり、入射光波長６３３ｎｍ近辺にピーク位置がくる。また、ＰＬＺＴ１３に電圧を印加していな状態（ＯＦＦ時）での光の透過率は約８０％程度となった。この光スイッチ１０に印加する電圧を２０Ｖとし、周波数は１００ｋＨｚ程度とした。この信号を受けて、透過スペクトルが約０．５ｎｍ程度低波長側に移動する。透過スペクトルが約０．５ｎｍ移動することで、電圧印加時（ＯＮ時）の光の透過率は約６５％となる。この透過率変化は出射光の強度変化となり、消光比ｋ（光のＯＮ／ＯＦＦ比）にして約０．８となった。
【００４０】
［実施例２］
＜構成＞
図７は本発明の第２の実施例を示す光スイッチシステムの概略斜視図である。この光スイッチシステムは、第１の実施例（図１）と略同様な構成の光スイッチ２０と、集光光学系（例えば集光レンズ）２３，２４を有している。光スイッチ２０の下方には、入射光として図示しない固体レーザー（例えばレーザーダイオード）による連続光（ＣＷ光）が集光レンズ２３を介して入射しており、光スイッチ２０よって変調された光が集光レンズ２４を介して出射光として上方に出射される。出射光の変調は電気光学材料１３の左右の電極１５ａ，１５ｂに印加される電圧により行われ、その左右の電極１５ａ，１５からは配線１６ａ，１６ｂが左右に出されている。この配線１６ａ，１６ｂを介して電気信号が電極１５ａ，１５ｂに入ることによって電気光学材料１３に電圧が印加され、光スイッチ２０が電気信号を光信号へ変換する。
【００４１】
光スイッチ２０は石英基板１１上に形成されており、上下の誘電体多層膜２１，２２からなるミラー面で挟んだ電気光学材料１３及び側面電極１５ａ，１５ｂからなっている。この構成例では入射面は入射側の誘電体多層膜２１からなるミラー面であり、この誘電体多層膜２１からなるミラー面（入射面）の法線方向がｚ方向であり、電圧の印加方向はｘ方向であるため、電気光学材料１３に光が入斜するミラー面（入射面）の法線方向（ｚ方向）と電極１５ａ，１５ｂへの電圧の印加方向（ｘ方向）とがほぼ垂直となっている。また、基板１１の法線方向もｚ方向であり、入射面の法線方向と平行である。従って、この構成は前述の第１の手段の構成を満足している。
【００４２】
図７の構成の光スイッチ２０に使用する電気光学材料１３としては、電気光学定数が大きいＰＬＺＴ（Ｐｂ（１−ｘ）ＬａｘＺｒｙＴｉ（１−ｙ）Ｏ３）を利用した。この電気光学材料（ＰＬＺＴ）１３の入射面と出射面に形成するミラー面は、誘電体多層膜２１，２２として、ＳｉＯ２とＴｉＯ２とを交互に積層して形成した。入射波長λipは６３３ｎｍとして、ＳｉＯ２とＴｉＯ２の膜厚は入射波長を屈折率で割った波数λnの丁度λn／４とした。誘電体多層膜２１，２２はＳｉＯ２とＴｉＯ２を６層とした。この層数をコントロールすることで、透過スペクトルの半値幅を制御することが可能である。より狭い半値幅にしたいときには、よりペア数を増やすことで可能である。電気光学材料（ＰＬＺＴ）１３の膜厚は光路長が入射波長の１／４の偶数倍２Ｎになるようにする。これにより、入射光の波長λipと透過率スペクトルのピーク位置とが一致することになる。整数Ｎは１６４程度として、膜厚は１０μｍ程度とした。電気光学材料（ＰＬＺＴ）１３はその２次電気光学係数を９×１０−１６［ｍ２／Ｖ２］とし、２０Ｖの電圧印加で、その屈折率変化Ｒ３は約０．００７程度となる。この屈折率変化では、透過率のピーク位置の移動量λmは約０．５ｎｍである。
【００４３】
図示しない固体レーザーからの入射光は平行光として、それを集光するレンズ２３を配置する。この集光レンズ２３のフォーカス位置に光スイッチ２０の電気光学材料（ＰＬＺＴ）１３が来るように配置する。これにより、平行光で入射した光を効率的にスイッチングすることができる。また、光スイッチ２０の出射側にもレンズ２４を配置することにより、出射光を平行光とすることができる。
【００４４】
＜作製方法＞
次に図７に示す構成の光スイッチ２０の製造方法を説明するが、この光スイッチの基本的な構成は図１と略同様であるので、作製手順は図２〜図６の工程と略同様である。
電気光学材料１３であるＰＬＺＴはその組成を９／３５／６５として、厚さ５００μｍのＰＬＺＴ板として燒結作製される。このＰＬＺＴ板の両面には光学研磨が施されており、それぞれ高い平坦性が有している。この平坦性を高くしておかないと、表面を研磨し薄くしたときに、ＰＬＺＴ板が反る原因となる。
【００４５】
次にＰＬＺＴ板１３の片面に直接誘電体多層膜（図７の入射側の誘電体多層膜２１）を形成する。この誘電体多層膜２１の成膜は蒸着装置で行い、ＳｉＯ２とＴｉＯ２を交互に成膜する。６層成膜した後に、図２と同様にＰＬＺＴ板１３を石英基板１１へ貼り付ける。このときには石英基板１１とほぼ同程度の屈折率のＵＶ硬化樹脂１７を利用し、樹脂１７の厚さが均一になるようにする。接着面は誘電体多層膜２１を下面に設置する（図示せず）。このＰＬＺＴ板１３の表面（誘電体多層膜２１が成膜されていない面）に光学研磨を施す。すなわち、ＰＬＺＴ板１３を貼り付けた石英基板１１を研磨冶具に設置して、研磨を行なう。このとき、研磨して残されたＰＬＺＴ板１３の厚さが約１０μｍになるように測定を行ないながら徐々に研磨を進める。研磨後、表面に誘電体多層膜（図７の出射側の誘電体多層膜２２）を成膜する。この誘電体多層膜２２の成膜は蒸着装置で行い、先に形成したものとほぼ同様に、ＳｉＯ２とＴｉＯ２を交互に６層成膜する。
【００４６】
次に誘電体多層膜２１，２２を形成したＰＬＺＴ板１３を石英基板１１に貼り付けた状態から、その全面にレジスト１８を塗布する。レジスト１８はスピンコートで約２μｍ程度の厚さにし、８０℃で１時間程度のベークを行なう。このレジスト１８を塗布した上からダイシングによって溝１９を切りこむ。ダイシングはレジンのブレードを利用し、ブレード幅は１００μｍ程度、深さは２０μｍ程度とした。このダイシングによってダイシング溝１９を切りこんだ状態は図３（ａ），（ｂ）と同様である（但し、図３では誘電体多層膜は図示されていない）。図３（ｂ）の断面図に見られるように、ＰＬＺＴ１３の厚さが約１０μｍなので、ダイシング溝１９は石英基板１１まで切りこむことになる。これによって、ダイシング加工した部分のみレジスト１８が剥がされ、他の部分にはレジスト１８が残されている。
【００４７】
次にこの状態で、図４（ａ），（ｂ）と同様に、電極となる金属薄膜１５を成膜する。成膜装置にはＤＣスパッタを利用し、電圧をできるだけ小さい値として、ダイシング溝１９の側面（ＰＬＺＴ１３の側面）への成膜が進むように工夫する。成膜する金属薄膜１５は一般的に利用されるアルミニウム（Ａｌ）等でも構わない。ＰＬＺＴ１３からの酸化を気にする時には、白金（Ｐｔ）や金（Ａｕ）なども利用できる。今回は一例としてＡｌを利用し、膜厚は５００ｎｍ程度とした。この条件であれば、ダイシングした溝１９の側面にもＡｌの薄膜が成膜していることを光学顕微鏡などで確認できる。
【００４８】
次に、図４のようにレジスト１８の上にＡｌの金属薄膜１５を成膜した状態でリフトオフを行なう。リフトオフはアセトンなどの有機溶剤にサンプルを浸し、超音波をかけることでレジスト１８が溶け出すことを促す。レジスト１８が溶けた部分では、その上に成膜されたＡｌは剥離する。このため、図５（ａ），（ｂ）に示すように、レジスト１８がないダイシング溝１９の部分のみにＡｌ電極１５が残ることになる。また、図５（ｂ）の断面図に見られるように、ＰＬＺＴ１３の上面にはリフトオフによってＡｌ電極１５が剥がされた開口部が形成される。この開口部は左右の電極１５から隔離された絶縁領域となるため、両側の電極１５（図１の左右の１５ａ，１５ｂに相当）に電圧を印加することで、開口部に横方向の電界を印加することができる。
【００４９】
次に図６（ａ），（ｂ）と同様に、ダイシング溝１９の電極１５に接続できるように、パッド２５を形成し、そのパッド２５にワイヤーボンディングで配線１６を行なう。このそれぞれの電極１５にグランド（Grand）と信号用の配線１６を結線させることで、任意に電界をＰＬＺＴ１３に印加することができる。
ここで、図６（ｂ）の断面図に示すように、石英基板１１の下方から入射光として直線偏光にした連続光を入射させ、偏光方向は電界と垂直とすることで、電気光学効果（ＥＯ効果）を受けることになる。
【００５０】
なお、図６の配線を行う前に、ダイシング溝１９の位置で切断し、個々の素子に分離してからパッド２５の形成と配線１６を行うことにより、図７に示す構成の光スイッチ２０が得られる。
【００５１】
＜動作＞
図７に示す構成の光スイッチシステムでは、誘電体多層膜２１，２２のＳｉＯ２／ＴｉＯ２の６層と、ＰＬＺＴ１３のキャビティーと、Ｐ波に対して、光スイッチ２０の透過スペクトルはほぼ一意に決まる。透過スペクトルは一般的なエタロン構造と同様に或る周期をもった振動したスペクトル形状となる。そのスペクトル形状の周期は約８ｎｍとなり、入射光波長６３３ｎｍ近辺にピーク位置がくる。また、ＰＬＺＴ１３に電圧を印加していな状態（ＯＦＦ時）での光の透過率は約９４％程度となった。光スイッチ２０に印加する電圧は２０Ｖとして、周波数は１００ｋＨｚ程度とした。この信号を受けて、透過スペクトルが約０．５ｎｍ程度低波長側に移動する。透過スペクトルが約０．５ｎｍ移動することで、電圧印加時（ＯＮ時）の光の透過率は約１３％となる。この透過率変化は出射光の強度変化となり、消光比ｋ（光のＯＮ／ＯＦＦ比）にして約０．１３となった。
【００５２】
以上、実施例に基づいて説明したように、本発明によれば、光のＯＮ／ＯＦＦ比を増大させる光スイッチ、もしくは、光のＯＮ／ＯＦＦを任意に制御することができる光スイッチと、その光スイッチを用いた光スイッチシステムを実現することができる。そして、本発明による光スイッチ及び光スイッチシステムは、プロジェクターやプリンタ、光通信などの光をスイッチングする装置に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１の実施例を示す光スイッチの概略斜視図である。
【図２】本発明に係る光スイッチの製造工程の一つを示す図であって、石英基板にＰＬＺＴ板を貼り付けた状態を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る光スイッチの製造工程の一つを示す図であって、ＰＬＺＴ板を貼り付けた石英基板にレジストを形成した後、ダイシング溝を形成した状態を示す斜視図及び断面図である。
【図４】本発明に係る光スイッチの製造工程の一つを示す図であって、図３のダイシング溝の形成工程後に、電極となる金属薄膜を成膜した状態を示す斜視図及び断面図である。
【図５】本発明に係る光スイッチの製造工程の一つを示す図であって、図４の金属薄膜の成膜工程後に、リフトオフによりレジストとその上の金属薄膜を除去した状態を示す斜視図及び断面図である。
【図６】本発明に係る光スイッチの製造工程の一つを示す図であって、図５のリフトオフの工程後に、電極に配線を施した状態を示す斜視図及び断面図である。
【図７】本発明の第２の実施例を示す光スイッチシステムの概略斜視図である。
【図８】従来の光スイッチの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０，２０：光スイッチ
１１：石英基板
１２：入射側のミラー面（入射面）
１３：電気光学材料（ＰＬＺＴ）
１４：出射側のミラー面
１５：金属薄膜（電極）
１５ａ，１５ｂ：電極
１６，１６ａ，１６ｂ：配線
１７：ＵＶ硬化樹脂
１８：レジスト
１９：ダイシング溝
２１：入射側の誘電体多層膜
２２：出射側の誘電体多層膜）
２３，２４：集光レンズ（集光光学系）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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